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本研究では、パルスマグネトロンスパッタリング法を用いて、ナノクラスターの蒸着によって界面制御された熱電変換材料の創製を進めた。従来のマグネトロンスパッタリング技術に電源制御を組み合わせて、スパッタリングでのイオン化率を高め、ビーム中のナノクラスターイオンの濃度を増加させて、質量選別後も充分なイオン量を単一サイズで生成させることを可能にした。蒸着試料の対象には、金属内包シリコンケージナノクラスターM＠Si16 およびアルミニウムナノクラスターX@Al12の2種類のケージ構造を有するナノクラスター単位を選択した。いずれも中心原子の置換によって電子数を変化させてn型、およびp型のナノクラスターを作り分けられる化学種である。M@Si16では、中心金属を3族のルテチウムと5族のタンタルを金属原子としLu＠Si16とTa@Si16について、有機分子としてC60を予め蒸着した基板にソフトランディングさせて、それぞれのナノクラスター薄膜の電子物性をX線光電子分光法、紫外光電子分光法を用いて評価した。Ta＠Si16は電子閉殻から1電子余剰であるため、そのナノクラスター薄膜はn型であることを紫外光電子分光法から明らかにした。一方、Lu@Si16では、C60を敷き詰めた基板ではp型にならずに、コロネン有機分子誘導体を蒸着した基板でp型様の挙動を紫外光電子分光法で確認した。予め蒸着する有機分子の選択を組み合わせつつLu@Si16の薄膜上にTa＠Si16の薄膜を形成させてナノクラスター薄膜内の電子の振る舞いを表面光電子分光で評価した。X線光電子分光によって薄膜が蒸着の順序を反映させたヘテロ積層膜になっていることを確認し、熱電変換機能を形成させる上でナノクラスター蒸着が優れていることを明らかにした。また、熱電変換特性の発現の上で重要なp-n接合の形成をLu@Si16-Ta＠Si16の積層膜で確認した。
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